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3D打印技术在现代设计制造业中的辅助性作用

作者:sci医学论文
出处:www.lunrr.com
时间:2019-11-08

1简要介绍现代设计制造行业中常用的处理方法

自20世纪中叶以来,随着人类技术的不断创新,社会生产和制造技术也在迅速发展。目前,生产加工行业的主要现代制造技术主要包括数控机床,模具,逆向工程等主要加工方法。

1.1数控机床CNC

CNC是计算机数控(Computer数控)的缩写,它是由程序控制的自动机床。控制系统可以在逻辑上处理具有控制代码或其他符号命令规范的程序,并通过计算机对其进行解码,从而使机床执行规定的动作,并且将毛坯材料通过以下方式加工成半成品:工具切割。

自1952年由麻省理工学院开发出世界上第一台CNC机床以来,现代制造技术已进入CNC时代。五十年来,数控机床已广泛用于制造业,特别是在汽车,航空航天和军事行业。

与普通机床相比,数控机床具有以下特点:(1)加工精度高,加工质量稳定; (2)多坐标联动,能够处理复杂形状; (3)机床自动化程度高,可减轻劳动强度; (4)批量生产,产品质量易于控制; (5)对操作人员的专业素质要求低,对维修人员的技术要求高。

1.2工具

简而言之,工装/模具/模具是用于成形物品的工具。它主要通过改变所形成材料的物理状态来处理物品的形状。在冲孔,成型冲压,模锻,冷,挤压,粉末冶金零件压制,压力铸造中,在工程塑料,橡胶,陶瓷和其他产品的成型过程中,在外力作用下进行压铸或注塑成型时,毛坯变成用于特定形状和尺寸的物品的工具。

在现代工业生产中,60%至90%的工业产品需要使用模具加工,而模具工业已成为现代工业发展的基础。许多新产品的开发和生产严重依赖于模具的生产,尤其是在汽车,轻工,电子和航空工业中。根据国际生产技术协会的统计,作为制造业的机械行业,在21世纪的机械制造业中,有75%的粗加工和50%的精加工将依靠模具完成。因此,模具工业已经成为国民经济中重要的基础产业。

使用模具制造产品的一般过程:CAD工程图文件→建模→模具打开→设计验证→试生产→批量生产

1.2.1高精度。现代模具所需的精度比传统模具高几个数量级。多工位级进模,精密模和精密塑料模的精度达到0.003mm甚至更高。一些高精度,无毛刺的冲压件和精密塑料零件需要模具中的高精度,特别是对于完全组装且可互换的长寿命多工位级进模。

1.2.2寿命长。现代模具的寿命通常超过500万次,模具型多工位级进模可以达到2000-60百万次,注塑模具可以达到40-600,000件,压铸模具可以为50- 1亿个零件,而传统的模具寿命仅为现代模具的1/5至1/10。

1.2.3高生产率。现代模具的生产效率要比传统模具高得多,主要原因是现代模具具有多个工位,多个模具型腔甚至是多功能。例如,高生产率级进模具有50多个工位,塑料制鞋模具有18个工位。除了冲压和成型外,一组多功能模具还负责组装任务,例如堆叠,铆接和锁定,并且可以直接生产组件。一个多腔注塑模具和一个层压模具可以同时每个模具生产数十个零件,塑料模具每个模具可以生产数百个零件,而用于生产塑料汽水瓶的四工位注塑模具的生产率达到每小时8,000件。

1.2.4型腔形状和模具结构复杂多变。随着对产品形状,尺寸精度,完整性和生产率的需求不断增长,以及许多新材料和新工艺的广泛使用,现代模具的结构和型腔变得越来越复杂,例如大型复合成型工具,其结构复杂性价格超过一台精密机床;一些大型的覆盖成型模具不仅具有复杂的型腔形状,而且具有很高的模具匹配要求,需要协调多个相关的模具型腔,而这是常规加工方法无法实现的。质量和准确性要求。

1.3逆向工程

逆向工程是一个“从无到有”的过程。简而言之,就是基于现有产品模型反转产品设计参数(包括工程图或数字模型)的过程。并通过数字测量设备(例如坐标测量仪,激光测量设备等)获得物体表面的空间尺寸数据,有必要根据逆向工程获得产品的CAD数学模型CAD技术,然后通过使用CAM系统快速成型制造或制造产品。

工业设计人员经常使用逆向工程技术来验证和调整产品设计的外观。当然,一些不道德的制造商直接使用了该技术来抄袭和窃其他公司的尖端产品。

2快速原型制作和3D打印技术

2.1快速原型技术

快速原型制造/零件制造(RPM)是近年来开发的一种先进制造技术。它起源于1980年代的美国,并很快发展到日本和欧洲。这是近年来制造技术领域的重大突破。 RPM是一种基于离散堆叠思想的数字成型技术。它是CAD,数控技术,激光技术和材料科学与工程的技术集成。

RPM的形成原理是集成先进技术,例如CAD,CAM,CNC,精密伺服驱动器,光电和新材料。将CAD构造的产品的三维模型进行分层和切片以获得每层的轮廓。根据这些轮廓,激光束被选择性地喷涂,液态树脂(或金属粉末)层或喷涂源被选择性地喷涂一层粘合剂或热熔材料以形成每个表面,并逐渐堆叠成三个维度。该产品将复杂的3D工艺简化为一系列2D加工组合。它可以自动,快速地将设计思想转变为具有一定结构和功能的原型,或者直接制造零件,从而可以快速评估和修改产品设计,从而提高企业在相应市场需求下的竞争力。

RPM中有许多不同的技术。它们的区别在于它们的创建方式与可用材料相同,并且位于不同的层中。一些技术使用熔化或软化塑料材料以产生印刷“墨水”的方法,例如:选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积建模(FDM),以及一些使用液体的技术。材料被印刷为“油墨”,例如立体光刻(SLA),层压制品制造(LOM)。每种技术都有其自身的优缺点,因此一些公司提供了多种打印机供您选择。

2.2 3D打印技术

三维打印,也称为增材制造(AM),是一种快速成型技术。它是一种基于数字模型文件直接制造几乎任意形状的三维实体的技术。 3D打印使用诸如金属粉末或塑料之类的可粘合材料通过逐层堆叠(即“层形成方法”)构建对象。它使用快速原型技术的“选择性激光烧结(SLS)”技术。

实际上,3D打印机集成了多种不同的技术,可以通过基于多种不同物理机制的数字模型来构建三维物理实体。该模制实际上是层压过程。与传统的成型方法不同,该技术不会造成大量材料损失。 3D打印与传统的加工技术不同,传统的加工技术通常使用切割或钻孔技术(例如,材料减少工艺)来实现。

3 3D打印技术与常用CAD软件的对接和工作过程

3.1现代设计制造中常用的CAD 3D软件简介目前,现代设计和制造行业使用3种类型的3D软件:

3.1.1 PRO/ENGINEER。 1988年,美国参数技术公司(PTC)发布了PRO/ENGINEER,这是市场上第一款基于参数和基于特征的实体建模软件。 PTC首先提出了参数化设计的概念,并采用了单个数据库来解决要素的相关性问题。此外,它是模块化的,允许用户根据需要进行选择,而不必安装所有模块。由于其强大的参数技术和众多可供客户选择的模块,该软件被广泛用于工业设备,自动化,电子技术,航空国防,零售,消费品和医疗技术行业的开发。从那时起,它已被Pro/ENGINEER2001,Wildfire,Cero Parametric等命名。最新版本是Cero Parametric 3.0。

PTC在2007年12月完成了对CoCteate的收购,这标志着PTC软件的开发是为了提供更加简洁易用的用户界面,并且更加注重用户体验。用户在首次使用PTC软件时更可能会使用它,因此工程师和技术人员将花费更多的时间和精力在产品设计本身上,而不是花费大量的时间学习使用软件本身。

3.1.2 SolidWorks。 1993年,PTC的前技术副总裁和CV的副总裁共同创立了SolidWorks。 SolidWorks软件是由该公司于1995年基于Windows开发的,并且广泛用于航空航天,汽车,机械,运输,模具,电子通信,娱乐行业和其他领域。

SolidWorks具有三个功能:功能强大,易于学习和使用以及技术创新。该软件提供了不同的设计选项,减少了设计过程中的错误,并提高了产品质量。最新版本是SolidWorks2013。

3.1.3 Unigraphics NX(UG)。 Unigraphics NX

(UG)是Siemens PLM Software于1983年推出的产品工程解决方案,可为用户的产品设计和处理提供数字建模和验证。诸如UG之类的大型软件系统通常需要不同级别的抽象描述。 UG具有三个设计级别,即建筑设计,子系统设计和组件设计。 UG允许制造商以数字方式模拟,验证和优化产品及其开发过程。通过在开发周期的早期应用数字仿真性能,制造商可以提高产品质量,同时减少或消除昂贵的设计,建造以及对物理原型变更周期的依赖。

UG和PRO/ENGINEER软件的比较:(1)UG适用于CNC加工来制作刀具路径和模具; (2)PROE适用于结构,产品设计; (3)UG与PROE的最大区别在于建模思想不同; (4)PROE已完全参数化,而UG是半参数化的。

3.1.4 Solid Edge。 Solid Edge是西门子的两个主要CAD产品之一。西门子的另一种CAD产品是NX,主要用于汽车,航空航天,模具和其他行业。 Solid Edge用于通用机械行业。与NX相比,在设计简单零件时效率更高。此外,Solid Edge和Windows操作系统与其他Windows应用程序(例如Office系列)具有更好的兼容性。

3.2常见的CAD 3D软件和3D打印技术对接示例3D打印机附带的软件无法创建3D模型,只能使用第三方CAD设计软件来完成设计模型并将其导入打印机。以下是由PRO/ENGINEER设计以完成此创建的转换插件,并以两个转换插件为例来说明3D打印机的整个过程。

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